一种导电聚合物与埃洛石纳米管复合吸波材料及其制备方法.pdf

本发明属于微波吸收材料技术领域，公开了一种有机导电聚合物复合吸波材料及其制备方法，尤其涉及有机导电聚合物PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合吸波材料。本发明将有机导电高分子PEDOT:PSS和绝然性的埃洛石纳米管进行复合得到一种新型吸波材料，其中所述的埃洛石纳米管质量占复合材料总质量的比例为43.5-.79.1%。此种有机聚合物与埃洛石纳米管组成的复合材料对电磁波频率为2-13GHz的频带上具有较好的吸收性能，对此带宽上的电磁波最大吸收达到-16.3dB。

1.  一种有机导电高分子PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合吸波材料，其特征是，该复合吸波材料通过如下制备方法得到：
A、将天然埃洛石纳米管分散在PEDOT:PSS 分散液中，室温搅拌，使其混合均匀；将其滴加到PET上，50℃-60℃加热 ，120℃ -130℃热处理，得到PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料；
B、将A制备的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料在甲酸中浸泡 ，140℃-150 ℃热处理 ，得到甲酸处理的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料；
C、将埃洛石纳米管分散在PEDOT:PSS分散液中，在添加乙二醇，室温搅拌，使其均匀混合；将其滴加到PET片上，50℃-60℃加热 ，120℃ -130℃热处理，得到添加有乙二醇的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料；
其中埃洛石纳米管的质量为复合材料总质量百分数的43.5-79.4%。

2.  如权利要求1所述的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合吸波材料，其特征是，埃洛石纳米管的质量为复合材料总质量百分数的75.5-79.4% 。

3.  如权利要求1或2所述的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合吸波材料，其特征是，PEDOT:PSS与埃洛石纳米管质量比为0.26-0.32 ：1 。

4.  如权利要求1、2或3所述的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合吸波材料，其特征是，埃洛石纳米管粒度分布1-2 μm ，外径50-60 nm ，内径20-30nm 。

5.  制备权利要求1 或2所述的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合吸波材料的制备方法，其特征是，通过如下方法实现：
A、将天然埃洛石纳米管分散在PEDOT:PSS 分散液中，室温搅拌，使其混合均匀；将其滴加到PET上，50℃-60℃加热 ，120℃ -130℃热处理，得到PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料；
B、将A制备的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料在甲酸中浸泡 ，140℃-150 ℃热处理 ，得到甲酸处理的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料；
C、将埃洛石纳米管分散在PEDOT:PSS分散液中，在添加乙二醇，室温搅拌，使其均匀混合；将其滴加到PET片上，50℃-60℃加热 ，120℃ -130℃热处理，得到添加有乙二醇的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料。

6.  如权利要求5所述的PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合吸波材料的制备方法，其特征是，PEDOT:PSS与埃洛石纳米管质量比为 0.26-0.32：1 。

一种导电聚合物与埃洛石纳米管复合吸波材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，涉及有机导电聚合物复合吸波材料，特别涉及有机导电聚合物PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合吸波材料及其制备方法。
背景技术
吸波材料是指能吸收投射到其表面的电磁波能量，通过材料的损耗转变为热能一类材料。随着研究的不断深入，人们发现在实际工程应用上除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。导电聚合物与纳米管组成的复合材料作为一种新型的吸波材料具有很好的应用前景。
复合材料作为现代材料研究的一个热点,已经得到了非常迅速地发展。复合材料的性质不但与各组分的性质有关,且与各组分相的形态和其相间界面性质密切相关。其中各个组分的形态以及其界面的性质对复合材料的整体性质起着决定性的作用。由于有机聚合物材料与纳米材料复合满足了研究者所希望得到新的性能。这种性能并不是两种材料性能的简单加和,而是在其内部各个组分的协同作用下产生一些母体所不具备的新型优良性质。
聚(3,4一二氧乙基)噻吩 (PEDOT)在导电聚合物家族中因具有高导电性、低带隙宽度、出色的稳定性而在许多应用领域中引起关注。CN200810112079.1公开了PEDOT微球作为吸波材料,反射率为-2ldB;CN201010243099.X公开了α-FeO(OH)/PEDOT复合棒作为吸波材料, CN 201110038700.6公开了PEDOT与磁性材料复合微球作为吸波材料。CN 201310382908.9公开了PEDOT/石墨烯/Co₃O₄组成的复合材料作为吸波材料。
以埃洛石纳米管为代表的纳米复合材料以其独特的结构和性能引起了研究人员的极大关注。 埃洛石是一种天然形成的硅酸铝盐矿物，主要是空心层状结构，由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体连接形成一个晶层单元，为1:1 型层状硅酸盐，其内表面带有正电荷，外表面带有负电荷。埃洛石纳米管是埃洛石的一种管状纳米材料，中空，两端开口，耐高温，耐酸，绝缘，长度在1-2 μm ，外径50 nm 左右，内径20-30nm 。将埃洛石纳米管掺杂到PEDOT:PSS 分散液中，使PEDOT:PSSS 和埃洛石纳米材料进行复合，制备PEDOT:PSS/HNTs 复合材料，为本领域提供一种新型吸波材料，对埃洛石纳米管的开发利用及有机导电聚合物复合吸波材料的发展具有重要意义，目前未见PEDOT与埃洛石纳米管复合作为吸波材料方面的文献和专利报道。
发明内容
本发明旨在提供一种具有良好微波反射吸收性能的新型PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料；另一目的在于提供其制备方法。
为实现本发明目的，技术方法如下：
该纳米复合材料是由管状结构的埃洛石纳米管和具有高导电性的PEDOT:PSS复合得到，其中埃洛石纳米管(HNTs)质量为复合材料总质量的43.5-79.4% ，优选75.5-79.4% 。-对此复合材料以下简称其为PEDOT:PSS/HNTs 复合材料。
 所述 PEDOT:PSS与埃洛石纳米管复合材料的制备方法如下：
A、将埃洛石纳米管加入到PEDOT:PSS 分散液中，室温下搅拌，使其混合均匀；将其滴加到PET薄膜上，50℃-60℃ 加热，120℃-130℃ 热处理，得到PEDOT:PSS/HNTs厚膜。
B、将A制备的:PSS/HNTs 厚膜在甲酸中浸泡，140℃-150℃ 热处理 ，得到甲酸处理的PEDOT:PSS/HNTs 复合材料。
C、埃洛石纳米管和乙二醇EG加入到PEDOT:PSS 分散液中，室温下搅拌，使其混合均匀；将其滴加到PET薄膜上，50℃-60℃ 加热，120℃-130℃ 热处理，得到EG-PEDOT:PSS/HNTs复合材料。
PEDOT:PSS与埃洛石纳米管质量比为 0.26-0.32 ：1。
乙二醇添加量为PEDOT:PSS 分散液质量的5-7% 。
埃洛石纳米管粒度分布1-2 μm ，外径50-60 nm ，内径20-30nm。
本发明创新点在于：
(1)将有机导电高分子PEDOT:PSS 和绝然性的埃洛石纳米管进行复合，探讨了复合材料中添加埃洛石含量对其微波反射吸收性能的影响。
(2)探讨了添加乙二醇和甲酸处理对PEDOT:PSS/HNTs吸波性能的影响。
本发明的有益效果是：原料易得，组分配比容易控制，制备工艺简单易操作。本性上埃洛石纳米管和PEDOT:PSS对2-13GHz频带中的电磁波几乎没有反射吸收性能。然而当具有孔洞结构的埃洛石纳米管与PEDOT:PSS 复合后得到的复合材料在2-13GHz频带范围内展示了较好的微波反射吸收性能，最大吸收达到-16.3dB。对上述的新型复合吸波材料添加EG和甲酸处理也可以展示了一定的吸波性能，在2-13GHz频率范围内上的电磁波最大吸收分别达到-4.7dB和-5.1dB。既有有机和无机材料的不同优点，又有纳米材料的特性，得到了质量较轻、易大面积涂覆、吸波性能较强的有机/无机复合吸波材料，具有很好的应用前景。
附图说明
图1  是不同埃洛石纳米管含量时PEDOT:PSS/HNTs 复合材料的吸波性能。
图2  是甲酸浸泡和添加乙二醇之后EGPEDOT:PSS/HNTs 复合材料吸波性能，图中 a为添加乙二醇之后EGPEDOT:PSS/HNTs 复合材料曲线； b为甲酸浸泡后PEDOT:PSS/HNTs 复合材料曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
埃洛石纳米管（HNTs）、PEDOT:PSS均为市售品。
实施例一
将1.42g 埃洛石纳米管（粒度分布长1-2 μm ，外径50 nm 左右，内径20-30nm ）掺杂到1.1402g PEDOT:PSS 分散液中，室温快速搅拌24h ，得到均匀分散液A ，将分散液A 滴加到2cm×2cm  PET 薄片上，50℃ 加热1h ，120℃ 加热 15min，得到复合材料厚膜。埃洛石纳米管(HNTs)质量为复合材料总质量的75.5% 。
将得到的复合材料厚膜充分研磨成粉末、按照一定比例与石蜡混合浇注成中空的圆柱体进行电磁波反射吸收性能测试。得到2-13GHz范围内的微波反射吸收最大值为-16.3dB。
  原材料PEDOT:PSS在2-13GHz的频带范围内几乎没有反射吸收性能。
实施例二
将上述制备的复合材料厚膜在甲酸中浸泡，140℃-150℃ 热处理 ，得到甲酸处理的PEDOT:PSS/HNTs 复合材料。将其充分研磨成粉末、按照一定比例与石蜡混合浇注成中空的圆柱体进行电磁波反射吸收性能测试。得到2-13GHz范围内的微波反射吸收最大值为-5.1dB。
实施例三
将1.42g 埃洛石纳米管（粒度分布长1-2 μm ，外径50 nm 左右，内径20-30nm ）和0.06g乙二醇EG(分析纯)掺杂到1.1402g PEDOT:PSS 分散液中，室温快速搅拌24h ，得到均匀分散液A ，将分散液A 滴加到2cm×2cm  PET 薄片上，50℃ 加热1h ，120℃ 加热 15min，得到复合材料厚膜。埃洛石纳米管(HNTs)质量为复合材料总质量的75.5% 。
将得到的复合材料厚膜充分研磨成粉末、按照一定比例与石蜡混合浇注成中空的圆柱体进行电磁波反射吸收性能测试。得到2-13GHz范围内的微波反射吸收最大值为-4.7dB。
  原材料PEDOT:PSS在2-13GHz的频带范围内几乎没有反射吸收性能。